【0001】
本発明は、エレクトロニクスに応用される、誘電体を選択的に金属化する方法について記述する。この方法で作製された製品は、たとえば回路基板、配線部品、チップキャリア、インターポーザー、リードフレームあるいはまたアセンブリ全体である。以下に、従来技術を、主として回路基板の作製の例で記述する。
【0002】
回路基板とは、絶縁性の下地/素地に配線パターン(通常は印刷法によって作製された銅薄膜で印刷された回路)を有していて、構成要素を保持する働きをする配線支持体である。このような回路基板の構成形態は多様であり、素地は剛性、柔軟性又は柔剛性を有するもの、貫通孔のあるもの又はないもの、層間接続のあるもの又はないものを包含している。配線レベルの位置と数に応じて、片面回路基板、両面回路基板又は多層回路基板と呼ぶ。最後のものはマルチレアとも呼ぶ。回路パターンが2つ以上のレベルで延びている3次元回路も知られている。
【0003】
たとえば回路基板の作製には、何年も前から種々に構成された多様な方法が知られている(例:ギュンター・ヘルマン「回路基板技術ハンドブック」、オイゲン・ロイツェ出版、1982年、D−88348ザウルガウ)。最も単純な最初の態様は、銅被覆された誘電体であって、スクリーン印刷又は写真技術的方法により所望の導体パターンとして形成されたポジプリントを付けたものから出発する。このポジプリントは、後続のエッチング工程で保護皮膜(エッチングレジスト)として働く。このようなエチングレジストによって保護されていない露出した銅領域は、適当なエッチング液の使用下で除去される。エッチングによって腐食された銅は廃棄物として発生する。次いでエッチングレジストは有機溶剤又は無機溶剤で剥ぎ取られる。
【0004】
このいわゆる減極法の別の構成では、スクリーン印刷又は写真技術的方法によって、最初に金属化すべき誘電体上に導体パターンのネガ印刷をめっきレジストとして形成する。次いで、導電路を所望の膜厚(たいてい銅)まで塗着することによって導電パターンをめっきする。導体パターンが延在していない範囲は、めっきレジストによって保護されている。次いで、金属化した導体パターン上に、たとえばスズ皮膜又はスズ鉛皮膜として形成された金属レジストを塗着する。この皮膜は、続いて行われる最初の銅被覆の減極除去(エッチング)の際に導体パターンを保護する。次いで金属レジストを除去する。これ以外の構成態様も知られている。しかし指摘すべきは、この方法は微細ないし超微細な導体路(50μm未満)を形成するのには適していないということである。なぜならば、エッチングは垂直方向に作用するだけでなく、水平方向でも形成されるべき導体パターンの側面に作用するからである。これはいわゆるアンダーカットと呼ばれる現象で、その結果としてエッジ破損が生じたり、後に電気的短絡が生じ得るといった技術的短所を伴う。エッチングで除去される銅皮膜が厚ければ厚いほど、アンダーカットの程度は強くなる。
【0005】
部分的アンダーカットの問題を回避するために、しばしば半添加法を用いる。これは被覆されていない素地を使用し、その上に薄い導電性のめっき皮膜、一般には外部電流なしで析出した銅を塗着する。それ以降の加工は上述した方法にほぼ似ているが、いわゆるポジ型エッチングレジストを塗着しない点が異なる。すなわち、回路基板の所望された範囲だけ銅めっきで強化するものである。次いで、種々異なる厚さの銅範囲を、最初の外部電流なしの銅めっきの量だけエッチングで除去する。したがってこの方法でも銅が廃棄物として発生する。さらに、電解によって塗着される銅の非常に均一な膜厚分布に関しては格別慎重さが必要である。
【0006】
全添加法は導体パターンやランドなど必要な箇所にだけ銅を塗着できるので、銅エッチングを完全に不要にする。それゆえこの方法も応用分野は広い。接触の可能性が欠如しているので、銅めっきは外部電流なしで行われる。ほとんどの場合、被覆されていない誘電体に、外部電流なしの銅めっきを開始するための触媒種を含有した付着助長皮膜又は活性化皮膜を塗着する。銅めっきすべきでないすべての範囲をスクリーン印刷マスク又は写真マスクで覆った後で、付着材及び/活性化材を開いて、外部電流なしの銅めっきを直接接続できるようにする。
【0007】
離散的導電路を形成するマスクは、スクリーン法又は写真技術的方法によって形成できる。両者に共通しているのは、形成されるべき各々の導電路パターンに対してそれぞれ1つの個別のマスクを作成しなければならないことである。写真プロセスを用いてパターンを形成する場合は、金属化すべき誘電体に、いわゆる「フォトレジスト」を感光材料として塗着しなければならない。次いで、使用する物質に応じて所望する導電路のポジ又はネガを表す特定の範囲だけ露光する。
【0008】
写真法による導電路パターン化と並んで、特に3次元部品についても、たとえばいわゆるモールド成形インターコネクト部品では浸漬スズ皮膜を用い、これをレーザーによってパターン化することが考慮される。この場合、レーザーの使用は減極法における追加的な工程をなしている。短所は、何よりもパターン化のための時間的コストがかかることである。スズ皮膜は十分エッチング防止を提供する厚さを有していなければならない一方で、迅速なレーザー剥離を保証するために皮膜はできるだけ薄くなければならない。
【0009】
極めて薄い金属フィルムを剥離する方法は、今日すでに回路基板を作成するための製造工程で使用されている。たいていの場合、銅に塗着したスズ皮膜から出発し、これをレーザーでパターン化し、次いで残りの銅をエッチング工程で除去する(E.Tadic「未来の製品形成のための微細パターン」SMT 1−2/2000、12版)。
【0010】
3次元体についても、レーザー技術を用いて超微細パターンを形成する方法がすでに知られている。たとえば3D−MID用の熱可塑性プラスチックを、レーザーを援用した添加法により金属化するための方法が記述されている。この方法ではドーピングしたプラスチックから出発するが、これらのプラスチックはレーザーにより活性化でき、次いで導電路形成のために無電流で金属化するのに適している(SMT 4/2000、20版)。
【0011】
種々の金属皮膜をレーザーで剥離するその他の方法も公知である。D.Meierが記述した方法は、紫外レーザーによってマスク投影法で金薄膜を剥離し、次いで無電流強化する(「微細ラインのレーザーパターン化」第5回柔軟材料年次会議、デンバー/アメリカ合衆国1999年、議事録)。特にパラジウムをドーピングした有機皮膜のレーザー剥離も知られている(J.Kickelhain:ロストック大学博士論文、1999年)。しかしこれらすべての方法に共通している短所は、レーザーパターン化に続けて導電路パターン強化のために無電流添加法による金属化が行われることである。
【0012】
さらに、しばらく以前より誘電体の金属化において、導電性ポリマーが重視されるようになった。これは特に、いわゆる直接めっき法において、2層回路基板及び多層回路基板の層間接続および作製のために使用される。これは減極法であり、誘電体をそれぞれの導電性ポリマーで活性化した後で、直接めっきによる金属化を行う(PCT/EP89/00204)。短所は、特に平面状の金属化において、導電性ポリマーの導電性が比較的低いことである。
【0013】
導電性ポリマーをベースとして直接めっきによる選択的金属化を提案する方法も知られている。たとえば米国特許第593万5405号明細書は、素地をプライマーと導電性ポリマーで被覆する方法を開示している。パターンを形成するために、写真技術でパターン化可能なめっきレジストを使用する。めっき形成の後、最初にレジストを剥がし、次いでレジストの下側にあった導電性ポリマーを除去する。この場合の短所は、写真技術によるパターン化可能なめっきレジストを使用することである。この理由としては、微細パターン又は超微細パターンを実現するために、クリーンルーム技術および後で必要となる導電性ポリマーの除去に対して高い要求が課せられることが挙げられる。
【0014】
本発明の課題は、誘電体を選択的に金属化するための方法であって、μmより小さい範囲の精密なパターン化を可能にするとともに、その都度レジストを使用する必要がない、プロセス工学上単純、確実、しかも廉価で、環境にやさしい方法を提供することである。
【0015】
本発明による方法が提供する技術的解決は、金属化すべき誘電体を固着する導電性の活性化皮膜で被覆し、次いでこの皮膜から精密工具であるレーザーによって所望の導電路パターンを形成するというものである。活性化皮膜の残余のパターンは引き続き導電性を有しており、電流を印加すると導電結合によって電解による金属化、好ましくは銅めっきが問題なくできる。このようにすることによって、50μm未満の範囲のパターン化も可能である。
【0016】
それゆえ、本発明の方法により、有利なことに従来技術の制約が克服される。本発明により、この方法を技術的に有利で、極めて経済的かつ効果的にする方法上の幾つかの方策が提案される。以下に、この方法を回路基板の作製例に基づいて説明するが、これは当該方法を電子分野に限定するものではない。
【0017】
第1の解決策に従い、本発明の方法により電流を印加すると、金属化すべき誘電体に薄い導電性の活性化皮膜を固着されることによって電解めっきが可能となる。この導電性の活性化皮膜が電解めっきを可能にする。
【0018】
活性化皮膜は、十分な導電性が保証されている限り、いろいろな形態で形成されてよい。重合した、又は共重合したピロール、フラン、チオフェンおよび/又はそれらの誘導体を使用できることが有利である。特に有利なのは、ポリチオフェン誘導体をベースにした導電性ポリマーを使用することである(DMS−E)。さらに、金属硫化物および/又は多金属硫化物、ならびにPd触媒および/又は銅触媒を使用できる。さらに、薄い金属フィルムを基体に塗着できる可能性がある。この場合、たとえば銅皮膜を種々の仕方で塗着できる。
【0019】
活性化皮膜の膜厚を約0.1μmの範囲で塗着することが有利である。本発明による方法は、有利にも導電性活性化皮膜をパターン化して、離散的な導電パターンを生じさせる可能性を開示している。このために本発明によって新しいやり方が提案される。本発明の特別有利な特徴に従い、活性化皮膜の精密なパターン化をレーザーによって行う。パターン化、すなわち導体パターンの形成は、導電性ポリマーの塗着後、金属硫化物および/又は多金属硫化物の塗着後、Pd触媒および/又は銅触媒の塗着後、又は金属薄膜の塗着後に行うことができる。活性化皮膜の残余のパターンは引き続き導電性を有しており、導電路結合が存在する限り、電解めっきにより金属化できる。この場合、絶縁された範囲は、いわゆる補助導体を用いて人工的な導電路複合体に結合できる。活性化皮膜から残されている導体パターンは、後続の電解めっき工程で外部電流を印加することによって金属化される。パターン化された活性化皮膜の電解めっきのために、本発明では種々の金属電解液を使用できるが、特に銅電解液が好ましい。これによりレーザー剥離によって有利にも、数μmの範囲の導電路を精密かつ個別的に形成できるようになる。さらに本発明による方法では、金属化している間は絶縁された導電路範囲の間の一種の電流の橋渡しをする、いわゆる補助導体を、金属化の後で除去できるようになっている。この人工的な導電路複合体の破壊は、たとえばレーザー処理によっても行うことができる。
【0020】
それゆえ本発明の方法により、たとえば添加法で使用される外部電流のない金属化浴を不要にできる可能性が開かれることが有利である。このような事情により、化学物質残渣や化学廃水による環境の汚染も低く押さえられる。さらに、外部電流によって析出した金属皮膜は、電解的に形成された、はるかに微細な結晶状でより密な金属皮膜に比べて、延性の点で明らかに劣る。本発明による方法が活性化皮膜に基づき外部電流の印加による直接電解めっきを可能にするという事実により、たとえば後で導体基板を実装する際に、はんだ工程の熱負荷によるスリーブ又はエッジの破損を確実に回避するのに必要な高い延性要求を満たすことが、有利にも保証される。
【0021】
本発明による方法は、必要かつ望ましい限り、外部電流による金属化の可能性も包含している。実施するためには、固着した活性化皮膜を外部電流なしの金属化に適合させて、活性化皮膜が外部電流なしの銅めっきに必要な触媒種を包含し、相応の処理に適合するようにしなければならない。
【0022】
レーザーで導電路パターン化を行う本発明による方法の特別の特徴は、導電路を迅速かつ個別に形成するという別の長所を提供する。その結果として、たとえば導電路パターンを変更したい場合に迅速に反応できることによって、製造のフレキシビリティーが増す。このことはたとえば、すべての公知の方法とは異なり、導電路の輪郭を形成するスクリーンマスク、フォトマスク、その他の種類のマスクが必要とされないことによって達成される。なぜならば、導電路の輪郭はレーザーによって形成されるからである。
【0023】
さらに本発明による方法は、慣用的なフォトマスクを不要にできるという事情に基づいて、たとえばマスクを形成したり、減極法などで導電路パターンを保護したりする、あらゆる種類のレジスト材の使用を不要にできることを特徴とする。これにより、それらを塗着したり、その後で除去したりする必要がなくなるので、化学物質も作業工程も共に節約できる。
【0024】
さらに、正確なレーザーパターン化によって金属皮膜が粗雑になるというリスクはないという利点が開示される。そうすることによって導電路が正確に形成されることが保証され、その結果として不良品率も低く押さえることができる。
【0025】
本発明による方法で達成可能な導体パターンの密度、回路基板上の配置密度、およびその高い品質と精密性は、本発明による方法の利点の特徴である。なぜならば、電子機器の重量と容積を節約するために、また作業速度を最適化するために、極めて短い導電経路が必要である。それゆえ、本発明による方法は、特に高い集積度を求められる製品を作製するのに適している。このことは、たとえばコンピューター技術、通信技術、接続技術又は医療技術における応用にも当てはまる。さらに本発明の方法により、2レベル以上の回路パターンが必要とされる3次元回路の作製も問題なく可能になる。
【0026】
本発明による方法で使用されるレーザーは、たとえばKrFレーザー、XeC1レーザー又はNd−YAGレーザーであることができる。さらに、必要な精密なレーザー剥離が実施できる限り、別のレーザーを使用することも考えられる。
【0027】
また、本発明による方法は、レーザーの特殊な制御の可能性を開示し、たとえば機器をいかなる種類の制御モジュールにも接続できるようにする。この制御モジュールは、たとえばコンピューターであってよい。
【0028】
本発明による方法は正確なパターン化により、必要な箇所だけに銅を添加法で塗着するので、金属化の際に慣用的な方法に比べて消費する原料が少なくてすむという利点を提供する。さらにこの事情から、エッチング工程やストリップ工程などもほぼ不要にできるので、化学物質の消費量も少なくなる。本発明による方法のこれらの特徴により、最終的には有利なコスト削減につながり、また化学廃棄物が減るために環境負荷の低減にもつながる。
【0029】
さらに、光化学的プロセスに基づくすべての方法に比べてプロセス技術上非常に有利な点は、本発明の方法によってすべての遮光措置を不要にできることである。レーザーを使用することにより、感光性フォトレジストのための特別の貯蔵スペースや作業室を用意する必要がなくなる。
【0030】
その他の利点および特徴は、本発明の方法を詳しく説明する以下の例から明らかである。
例1
被覆していない素地(例:BR4)を、DMS−E法に従い導電性ポリマーで被覆する。それゆえ、以下に記載する作業工程を実施する。
1. コンディショナー (ブラソリットV) 3分 40°C
2.マノックス(KMnO4/H3BO3) 2分 40°C
3.モノポールTC(触媒定着) 4分 室温
X)レーザーパターン化: レーザータイプ:Nd−YAG(3倍周波数)
、パルス/位置:1。
【0031】
例2
被覆していない素地(例:BFR4)を、DMS−E法に従い導電性ポリマーで被覆する。例1に記載した作業工程(段階1乃至段階3)を実施し、次の作業段階を追加する。
【0032】
4.コンディショナーPE 3分 室温
5.ウルトラプラスト2000(Pd触媒) 4分 40°C
6.ジェネレーター(Cu含有溶液) 5分 63°C
これに次の作業段階が続く。
X)レーザーパターン化:レーザータイプ:KrF
波長:248nm、基体上のエネルギー密度:100mJ/cm2、レーザーエネルギー:450mJ/cm2、パルス/位置:2。
【0033】
例3
素地を銅で被覆し、SBU回路用の特殊レジスト(例:Enthone社のLDD9056)を施し、以下に記載するように処理する。
1.膨張剤 10分 80°C
2.KMnO4アルカリ 13分 80°C
3.リムーバーMn(硫酸、H2O2) 2分 室温
以上の作業工程に続いて、例2で記載した要領で基板を処理する。
例4
被覆していない素地(例:FR4)を、次の通り処理する。
1.プラト溶液1 4分 室温
2.プラト溶液3 2分 室温
3.プラト溶液1 4分 室温
4.プラト溶液3 4分 室温
(X)レーザーパターン化: レーザータイプ:KrF、波長:248nm、基体上のエネルギー密度:150mJ/cm2、レーザーエネルギー:450mJ/cm2、パルス/位置:1。
【0034】
例5
銅で被覆し、SBU回路用の特殊レジスト(例:Enthone社のLDD9056)を施した素地を、以下に記載するように処理する。
1.膨張剤EL(有機アルカリ膨張剤)10分 80°C
2.KMnO4アルカリ 13分 80°C
3.リムーバーMn(硫酸、H2O2) 2分 室温
4.プラト溶液1 4分 室温
5.プラト溶液3 2分 室温
6.プラト溶液1 4分 室温
7.プラト溶液3 2分 室温
X)レーザーパターン化: レーザータイプ:KrF、波長:248nm、基体上のエネルギー密度:180mJ/cm2、レーザーエネルギー:490mJ/cm2、パルス/位置:2。
【0035】
例6
被覆していない素地(例:FR4)を、次の通り処理する。
1.コンディショナー(ブラソリットV) 3分 40°C
2.マノックス(KMnO4/H3BO3) 2分 40°C
3.モノポールTC(触媒締着) 4分 室温
4.プラト溶液1 4分 室温
5.プラト溶液3 2分 室温
6.プラト溶液1 4分 室温
7.プラト溶液3 2分 室温
X)レーザーパターン化: レーザータイプ:KrF、波長:248nm、基体上のエネルギー密度:200mJ/cm2、レーザーエネルギー:450mJ/cm2、パルス/位置:1。
【0036】
例6a
作業工程を変更して、作業段階が次のように行われるようにすることも可能である。最初に処理段階4乃至7を実施し、次いで処理段階1乃至3を行う。その後、処理段階X)レーザーパターン成形を行う。
【0037】
例7
銅で被覆し、SBU回路用の特殊レジスト(例:Enthone社のLDD9056)を施した素地を、次のように処理する。
1.膨張剤EL(有機アルカリ膨張剤) 10分 80°C
2.KMnO4アルカリ 13分 80°C
3.リムーバーMn(硫酸、H2O2) 2分 室温
この後に、例6の作業段階1乃至X)が続く。
例7a
ここでも作業工程を変更して、処理段階が次のように行われるようにすることも可能である。最初に処理段階4から3を実施する。次いで例6の処理段階4乃至7、これに続けて例6の処理段階1乃至3を実施する。その後、処理段階X)レーザーパターン成形を行う。
【0038】
例8
被覆していない素地(例:FR4)を、次の通り処理する。
1.コンディショナー(ブラソリットV) 3分 40°C
2.マノックス(KMnO4/H3BO3) 4分 80°C
3.触媒(有機モノマー) 2分 室温
4.定着(例:有機酸) 2分 室温
X)レーザーパターン化: レーザータイプ:XeCl
波長:308nm、基体上のエネルギー密度:120mJ/cm2、レーザーエネルギー:450mJ/cm2、パルス/位置:1。
レーザーパターン化の前に次の処理段階を実施できる。
5.コンディショナーPE 3分 室温
6.ウルトラプラスト2000(Pd触媒) 4分 40°C
7.ジェネレーター(Cu含有溶液) 5分 63°C
【0039】
例9
素地を銅で被覆し、SBU回路用の特殊レジスト(例:Enthone社のLDD9056)を施した素地を、次のように処理する。
1.膨張剤EL(有機アルカリ膨張剤) 10分 80°C
2.KMnO4アルカリ 13分 80°C
3.リムーバーMn(硫酸、H2O2) 2分 室温
この後に例8の処理段階1乃至4を実施し、次いでレーザー形成を行う。レーザー形成の前に作業段階5乃至7を実施する可能性もある。
変形例として、処理段階を次のように変更することも可能である。
1.膨張剤EL(有機アルカリ膨張剤) 10分 80°C
2.KMnO4アルカリ 13分 80°C
3.リムーバーMn(硫酸、H2O2) 2分 室温
4.プラト溶液1 4分 室温
5.プラト溶液3 2分 室温
6.プラト溶液1 4分 室温
7.プラト溶液3 2分 室温
8.コンディショナー(ブラソリットV) 3分 40°C
9.マノックス(KMnO4/H3BO3) 4分 80°C
10.触媒(有機モノマー) 2分 室温
11.定着(例:有機酸) 2分 室温
【0040】
レーザー形成の前に選択的に次の作業段階をプロセスフローに組み入れることができる。
12.コンディショナーPE 3分 室温
13.ウルトラプラスト2000(Pd触媒) 4分 40°C
14.ジェネレーター(Cu含有溶液) 5分 63°C
レーザー形成の後に、次の後続処理を行う。
回路基板を市販の銅電解液および/又はニッケル電解液で、回路基板上にある導体パターンが完全に金属化されるまで電気めっきする。上記の方法により、数μmの導体パターンおよび導電路間隔を実現することが可能である。[0001]
The present invention describes a method for selective metallization of dielectrics as applied to electronics. The products made in this way are, for example, circuit boards, wiring components, chip carriers, interposers, lead frames or even whole assemblies. Hereinafter, the prior art will be described mainly with an example of manufacturing a circuit board.
[0002]
A circuit board is a wiring support that has a wiring pattern (usually a circuit printed with a copper thin film produced by a printing method) on an insulating base / substrate and serves to hold components. . The configuration of such a circuit board is various, and the substrate includes one having rigidity, flexibility or flexibility, one with or without through holes, one with or without interlayer connection. Depending on the position and number of wiring levels, it is called a single-sided circuit board, a double-sided circuit board, or a multilayer circuit board. The last one is also called multi-rare. There are also known three-dimensional circuits in which a circuit pattern extends at two or more levels.
[0003]
For example, for the production of circuit boards, various methods have been known for many years, in various forms (eg, Gunter Hermann, "Handbook of Circuit Board Technologies", Eugen Leutze, 1982, D-88348. Saulgau). The simplest first embodiment starts with a copper-coated dielectric with a positive print formed by screen printing or photographic techniques as the desired conductor pattern. This positive print acts as a protective film (etching resist) in a subsequent etching step. Exposed copper areas that are not protected by such an etching resist are removed using a suitable etchant. Copper corroded by etching is generated as waste. Next, the etching resist is stripped with an organic solvent or an inorganic solvent.
[0004]
In another embodiment of this so-called depolarization method, a negative printing of a conductor pattern is first formed as a plating resist on the dielectric to be metallized by screen printing or photographic technology. The conductive pattern is then plated by applying conductive paths to the desired thickness (usually copper). The area where the conductor pattern does not extend is protected by the plating resist. Next, a metal resist formed as, for example, a tin film or a tin-lead film is applied on the metalized conductor pattern. This coating protects the conductor pattern during subsequent depolarization (etching) of the first copper coating. Next, the metal resist is removed. Other configurations are also known. It should be pointed out, however, that this method is not suitable for forming fine or ultrafine conductor tracks (less than 50 μm). This is because the etching acts not only on the vertical direction but also on the side surface of the conductor pattern to be formed in the horizontal direction. This is a phenomenon called so-called undercut, and has technical disadvantages such as edge damage and electrical short-circuiting. The thicker the copper film removed by etching, the stronger the degree of undercut.
[0005]
To avoid the problem of partial undercut, a semi-addition method is often used. It uses an uncoated substrate on which a thin conductive plating film, typically copper deposited without external current, is applied. Subsequent processing is substantially similar to the above-described method, except that a so-called positive etching resist is not applied. That is, it is reinforced by copper plating only in a desired range of the circuit board. The copper regions of different thicknesses are then etched away by the amount of copper plating without an initial external current. Therefore, even in this method, copper is generated as waste. In addition, great care must be taken with regard to the very uniform film thickness distribution of the copper deposited by electrolysis.
[0006]
The total addition method completely eliminates the need for copper etching because copper can be applied only to necessary places such as conductor patterns and lands. Therefore, this method also has a wide field of application. Due to the lack of contact possibilities, copper plating is performed without external current. In most cases, the uncoated dielectric is coated with an adhesion-promoting or activating coating containing a catalytic species to initiate copper plating without external current. After covering all areas that should not be copper plated with a screen printing or photographic mask, the deposit and / or activator is opened to allow direct connection of copper plating without external current.
[0007]
The mask for forming the discrete conductive paths can be formed by a screen method or a photographic technique. What is common to both is that a separate mask must be created for each conductive path pattern to be formed. When a pattern is formed using a photographic process, a so-called “photoresist” must be applied as a photosensitive material to a dielectric to be metallized. Then, exposure is performed only in a specific range representing a desired positive or negative conductive path depending on a substance to be used.
[0008]
Along with the conductive path patterning by photographic methods, in particular, for three-dimensional parts, for example, in so-called molded interconnect parts, the use of an immersion tin film and patterning with a laser is considered. In this case, the use of a laser constitutes an additional step in the depolarization method. The disadvantage is that, above all, the time costs for patterning are high. The tin coating must have a thickness that provides sufficient etch protection, while the coating must be as thin as possible to ensure rapid laser ablation.
[0009]
Methods for stripping extremely thin metal films are already used today in manufacturing processes for making circuit boards. In most cases, one starts with a tin film applied to the copper, which is laser patterned and then the remaining copper is removed in an etching step (E. Tadic, "Fine patterns for future product formation" SMT 1- 2/2000, 12th edition).
[0010]
Regarding a three-dimensional body, a method of forming an ultrafine pattern using a laser technique has already been known. For example, a method for metallizing a thermoplastic for 3D-MID by a laser-assisted addition method is described. In this method, starting from doped plastics, these plastics can be activated by laser and then are suitable for metallization without current for the formation of conductive paths (SMT 4/2000, 20th edition).
[0011]
Other methods of laser ablation of various metal coatings are also known. D. The method described by Meier peels the gold thin film by mask projection with an ultraviolet laser and then strengthens it without current ("Laser Patterning of Fine Lines" Fifth Annual Meeting of Flexible Materials, Denver / USA 1999, proceedings Record). In particular, laser peeling of an organic film doped with palladium is also known (J. Kickelhain: Doctoral dissertation, University of Rostock, 1999). However, a disadvantage common to all these methods is that, following laser patterning, metallization by a currentless addition method is performed to strengthen the conductive path pattern.
[0012]
In addition, conductive polymers have been gaining importance in the metallization of dielectrics for some time. It is used in particular in the so-called direct plating method for interlayer connection and fabrication of two-layer circuit boards and multilayer circuit boards. This is a depolarization method in which the dielectric is activated with the respective conductive polymer and then metallized by direct plating (PCT / EP89 / 00204). The disadvantage is that the conductivity of the conductive polymer is relatively low, especially in planar metallization.
[0013]
There is also known a method of proposing selective metallization by direct plating based on a conductive polymer. For example, US Pat. No. 5,953,405 discloses a method of coating a substrate with a primer and a conductive polymer. A lithographically patternable plating resist is used to form the pattern. After plating, the resist is first stripped off, and then the conductive polymer under the resist is removed. The disadvantage in this case is the use of a lithographically patternable plating resist. This is due to the high demands placed on clean room technology and the subsequent removal of the conductive polymer required to achieve fine or ultra-fine patterns.
[0014]
It is an object of the present invention to provide a method for selectively metallizing a dielectric material, which enables precise patterning in a range smaller than μm and eliminates the need to use a resist each time. It is to provide a simple, reliable, inexpensive and environmentally friendly method.
[0015]
The technical solution provided by the method according to the invention is that the dielectric to be metallized is coated with a conductive activation film which adheres and then the desired conductive path pattern is formed from this film by means of a precision tool laser. It is. The remaining pattern of the activated film continues to be conductive, and when current is applied, metallization by electrolysis, preferably copper plating, can be performed without problems by conductive coupling. By doing so, patterning in a range of less than 50 μm is also possible.
[0016]
Therefore, the method of the present invention advantageously overcomes the limitations of the prior art. According to the invention, several measures are proposed for the method which make it technically advantageous, very economical and effective. Hereinafter, this method will be described based on an example of manufacturing a circuit board, but this method is not limited to the electronic field.
[0017]
According to a first solution, when a current is applied according to the method of the invention, electrolytic plating is enabled by fixing a thin conductive activation film to the dielectric to be metallized. This conductive activation film enables electrolytic plating.
[0018]
The activation film may be formed in various forms as long as sufficient conductivity is guaranteed. Advantageously, polymerized or copolymerized pyrrole, furan, thiophene and / or their derivatives can be used. It is particularly advantageous to use conductive polymers based on polythiophene derivatives (DMS-E). In addition, metal sulfides and / or polymetal sulfides, and Pd and / or copper catalysts can be used. Furthermore, there is a possibility that a thin metal film can be applied to the substrate. In this case, for example, a copper film can be applied in various ways.
[0019]
It is advantageous to apply a thickness of the activation coating in the range of about 0.1 μm. The method according to the invention advantageously discloses the possibility of patterning the conductive activation coating to produce a discrete conductive pattern. For this purpose, a new approach is proposed by the present invention. According to a particularly advantageous feature of the invention, the precise patterning of the activation film is performed by means of a laser. Patterning, i.e., formation of a conductor pattern, can be performed after the application of a conductive polymer, after the application of a metal sulfide and / or a polymetal sulfide, after the application of a Pd catalyst and / or a copper catalyst, or the application of a metal thin film. Can be done after wearing. The remaining pattern of the activated coating continues to be conductive and can be metallized by electrolytic plating as long as there are conductive path bonds. In this case, the insulated area can be connected to an artificial conductor complex using a so-called auxiliary conductor. The conductor pattern remaining from the activation film is metallized by applying an external current in a subsequent electrolytic plating step. For the electroplating of the patterned activation film, various metal electrolytes can be used in the present invention, but a copper electrolyte is particularly preferred. This makes it possible, with laser ablation, to advantageously and precisely form conductive paths in the range of a few μm. In addition, the method according to the invention makes it possible to remove, after metallization, the so-called auxiliary conductors which, during metallization, bridge a kind of current between insulated conductive path areas. The destruction of the artificial conductive path composite can also be performed by, for example, laser treatment.
[0020]
It is therefore advantageous that the method according to the invention opens up the possibility of eliminating the need for metallizing baths without external currents, for example used in addition processes. Under such circumstances, environmental pollution due to chemical residue and chemical wastewater can be suppressed to a low level. In addition, metal films deposited by external currents are clearly inferior in ductility to much finer crystalline and denser metal films formed electrolytically. The fact that the method according to the invention allows direct electrolytic plating by the application of an external current on the basis of the activated coating ensures that the sleeve or edge is damaged by the thermal load of the soldering process, for example, when mounting the conductor substrate later. It is advantageously ensured that the high ductility requirements needed to be avoided are met.
[0021]
The method according to the invention also encompasses the possibility of metallization by external currents, if necessary and desirable. To be implemented, the adhered activated coating is adapted for metallization without external current so that the activated coating contains the catalyst species required for copper plating without external current and is compatible with the appropriate treatment. There must be.
[0022]
A special feature of the method according to the invention for conducting track patterning with a laser offers the further advantage of forming the track quickly and individually. As a result, manufacturing flexibility is increased by being able to react quickly, for example, when changing the conductive path pattern. This is achieved, for example, by the fact that, unlike all known methods, no screen masks, photomasks or other types of masks for defining the contours of the conductive paths are required. This is because the contour of the conductive path is formed by the laser.
[0023]
Furthermore, the method according to the invention uses all kinds of resist materials, for example to form a mask or to protect the conductive path pattern by a depolarization method, etc., based on the fact that a conventional photomask can be dispensed with. Is unnecessary. This saves both chemicals and work steps, since they do not have to be applied or subsequently removed.
[0024]
Furthermore, the advantage is disclosed that there is no risk that the metallization will be rough due to accurate laser patterning. By doing so, it is guaranteed that the conductive path is formed accurately, and as a result, the reject rate can be kept low.
[0025]
The density of the conductor patterns achievable with the method according to the invention, the arrangement density on the circuit board, and its high quality and precision are characteristics of the advantages of the method according to the invention. Because of the need to save the weight and volume of the electronics and to optimize the working speed, very short conductive paths are required. Therefore, the method according to the invention is particularly suitable for producing products that require a high degree of integration. This also applies, for example, to applications in computer technology, communication technology, connection technology or medical technology. Further, according to the method of the present invention, a three-dimensional circuit requiring a circuit pattern of two or more levels can be produced without any problem.
[0026]
The laser used in the method according to the invention can be, for example, a KrF laser, a XeC1 laser or a Nd-YAG laser. Further, another laser may be used as long as the required precise laser peeling can be performed.
[0027]
The method according to the invention also discloses the possibility of special control of the laser, for example allowing the equipment to be connected to any kind of control module. This control module may be, for example, a computer.
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The method according to the invention offers the advantage that less copper is consumed in metallization than conventional methods, because the copper is applied only in the required places by means of precise patterning. . Further, from this situation, the etching process and the stripping process can be almost unnecessary, so that the consumption of chemical substances is reduced. These features of the method according to the invention ultimately lead to advantageous cost savings and also to a reduction of the environmental burden due to the reduction of chemical waste.
[0029]
Furthermore, a significant advantage of the process technology over all methods based on photochemical processes is that the method according to the invention makes it possible to obviate all shading measures. By using a laser, there is no need to provide a special storage space or working room for the photosensitive photoresist.
[0030]
Other advantages and features are evident from the following examples which illustrate the method of the invention.
Example 1
An uncoated substrate (eg, BR4) is coated with a conductive polymer according to the DMS-E method. Therefore, the working steps described below are performed.
1. Conditioner (Brazolit V) 3min 40 ° C
2. Manox (KMnO 4 / H 3 BO 3 ) 2 minutes 40 ° C
3. Monopole TC (Catalyst fixation) 4 minutes Room temperature X) Laser patterning: Laser type: Nd-YAG (3 times frequency)
, Pulse / position: 1.
[0031]
Example 2
An uncoated substrate (eg, BFR4) is coated with a conductive polymer according to the DMS-E method. The work steps described in Example 1 (steps 1 to 3) are performed and the following work steps are added.
[0032]
4. Conditioner PE 3 minutes Room temperature 5. Ultraplast 2000 (Pd catalyst) 4 minutes 40 ° C
6. Generator (Cu-containing solution) 5 minutes 63 ° C
This is followed by the next working phase.
X) Laser patterning: Laser type: KrF
Wavelength: 248 nm, energy density on substrate: 100 mJ / cm 2 , laser energy: 450 mJ / cm 2 , pulse / position: 2.
[0033]
Example 3
The substrate is coated with copper, applied with a special resist for SBU circuits (eg, LDN 9056 from Enthone) and processed as described below.
1. Swelling agent 10 minutes 80 ° C
2. KMnO 4 alkali 13 minutes 80 ° C
3. Remover Mn (sulfuric acid, H 2 O 2 ) 2 min Following the working steps above room temperature, the substrate is treated as described in Example 2.
Example 4
An uncoated substrate (eg, FR4) is treated as follows.
1. 1. Plato solution for 14 minutes at room temperature Plate solution 3 2 minutes Room temperature 3. Plato solution 14 minutes Room temperature 4. Plate solution 34 minutes Room temperature (X) Laser patterning: laser type: KrF, wavelength: 248 nm, energy density on substrate: 150 mJ / cm 2 , laser energy: 450 mJ / cm 2 , pulse / position: 1.
[0034]
Example 5
Substrates coated with copper and provided with a special resist for SBU circuits (eg, LDN 9056 from Enthone) are treated as described below.
1. Swelling agent EL (organic alkali swelling agent) 10 minutes 80 ° C
2. KMnO 4 alkali 13 minutes 80 ° C
3. Remover Mn (sulfuric acid, H 2 O 2 ) 2 minutes Room temperature 4. 4. Plate solution 14 minutes Room temperature 5. Plate solution 3 2 minutes Room temperature 6. Plate solution 14 minutes Room temperature 7. Plate solution 3 2 min room temperature X) Laser patterning: laser type: KrF, wavelength: 248 nm, energy density on substrate: 180 mJ / cm 2 , laser energy: 490 mJ / cm 2 , pulse / position: 2.
[0035]
Example 6
An uncoated substrate (eg, FR4) is treated as follows.
1. Conditioner (Brazolit V) 3 minutes 40 ° C
2. Manox (KMnO 4 / H 3 BO 3 ) 2 minutes 40 ° C
3. Monopole TC (fastening of catalyst) 4 minutes Room temperature 4. 4. Plate solution 14 minutes Room temperature 5. Plate solution 3 2 minutes Room temperature 6. Plate solution 14 minutes Room temperature 7. Plater solution 32 minutes room temperature X) Laser patterning: laser type: KrF, wavelength: 248 nm, energy density on substrate: 200 mJ / cm 2 , laser energy: 450 mJ / cm 2 , pulse / position: 1.
[0036]
Example 6a
It is also possible to modify the work process so that the work steps are performed as follows. First, processing steps 4 to 7 are performed, and then processing steps 1 to 3 are performed. Thereafter, processing step X) laser pattern shaping is performed.
[0037]
Example 7
A substrate coated with copper and provided with a special resist for an SBU circuit (eg, LDD9056 from Enthone) is treated as follows.
1. Swelling agent EL (organic alkali swelling agent) 10 minutes 80 ° C
2. KMnO 4 alkali 13 minutes 80 ° C
3. Remover Mn (sulfuric acid, H 2 O 2 ) 2 minutes room temperature, followed by working steps 1 to X of Example 6.
Example 7a
Here, too, the working process can be changed so that the processing steps are performed as follows. First, processing steps 4 to 3 are performed. The processing steps 4 to 7 of Example 6 are followed by the processing steps 1 to 3 of Example 6. Thereafter, processing step X) laser pattern shaping is performed.
[0038]
Example 8
An uncoated substrate (eg, FR4) is treated as follows.
1. Conditioner (Brazolit V) 3 minutes 40 ° C
2. Manox (KMnO 4 / H 3 BO 3 ) 4 minutes 80 ° C
3. Catalyst (organic monomer) 2 minutes Room temperature 4. Fixing (Example: Organic acid) 2 minutes Room temperature X) Laser patterning: Laser type: XeCl
Wavelength: 308 nm, energy density on substrate: 120 mJ / cm 2 , laser energy: 450 mJ / cm 2 , pulse / position: 1.
The following processing steps can be performed before laser patterning.
5. 5. Conditioner PE 3 minutes Room temperature 6. Ultraplast 2000 (Pd catalyst) 4 minutes 40 ° C
7. Generator (Cu-containing solution) 5 minutes 63 ° C
[0039]
Example 9
The substrate coated with copper and provided with a special resist for an SBU circuit (for example, LDD9056 from Enthone) is treated as follows.
1. Swelling agent EL (organic alkali swelling agent) 10 minutes 80 ° C
2. KMnO 4 alkali 13 minutes 80 ° C
3. Remover Mn (sulfuric acid, H 2 O 2 ) 2 minutes Room temperature This is followed by processing steps 1 to 4 of Example 8, followed by laser formation. It is possible to carry out working steps 5 to 7 before the laser formation.
As a variant, the processing steps can be changed as follows.
1. Swelling agent EL (organic alkali swelling agent) 10 minutes 80 ° C
2. KMnO 4 alkali 13 minutes 80 ° C
3. Remover Mn (sulfuric acid, H 2 O 2 ) 2 minutes Room temperature 4. 4. Plate solution 14 minutes Room temperature 5. Plate solution 3 2 minutes Room temperature 6. Plate solution 14 minutes Room temperature 7. Plate solution 3 2 minutes Room temperature 8. Conditioner (Brazolit V) 3 minutes 40 ° C
9. Manox (KMnO 4 / H 3 BO 3 ) 4 minutes 80 ° C
10. Catalyst (organic monomer) 2 minutes Room temperature 11. Fixing (example: organic acid) 2 minutes room temperature
Prior to laser formation, the following operational steps can optionally be incorporated into the process flow.
12. Conditioner PE 3 minutes Room temperature 13. Ultraplast 2000 (Pd catalyst) 4 minutes 40 ° C
14. Generator (Cu-containing solution) 5 minutes 63 ° C
After the laser formation, the following subsequent processing is performed.
The circuit board is electroplated with a commercially available copper and / or nickel electrolyte until the conductor pattern on the circuit board is completely metallized. By the above method, it is possible to realize a conductor pattern and a conductive path interval of several μm.